книги из ГПНТБ / Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие

шнуров, при этом конец ответвления должен быть направлен на­ встречу детонационной волне.

Соединение морским узлом (рис. 161, б) применяют как при сращпвании двух отрезков, так и при присоединении отрезков к маги­ страли; узлы необходимо туго затягивать.

Соединение магистрального детонирующего шнура с капсюлемдетонатором, электродетонатором или КЗДШ (рис. 161, в), предна­ значенными для возбуждения детонации шнура выполняют внакладку

Рис. 161*Способы соединения отрезков детонирующего шнура

на расстоянии не менее 10—15 см от конца шнура, причем, скре­ пление производят изоляционной лентой или шпагатом.

При монтаже сети детонирующего шнура нельзя допускать витков и скруток и в то же время нельзя туго натягивать отрезки шнура. Следует избегать пересечений детонирующего шнура при монтажесети. В случае необходимости пересечения шнуров, между ними необходимо помещать прокладку из грунта или дерева толщиной не менее 10 см.

При температуре воздуха +30° С и выше, сети детонирующего шнура ДШ-А и ДШ-Б необходимо защищать от воздействия пря­ мых солнечных лучей.

При взрывании скважинных и камерных зарядов сети детониру­ ющего шнура обычно дублируют. Взрывание основной и дублиру-

345

тощей сетей производят одновременно от одного или нескольких де­ тонаторов, связанных вместе.

§90. Способы группового взрывания зарядов

Взависимости от интервалов времени между взрывами соседних нарядов или групп зарядов различают мгновенный, короткозамедлен­ ный и замедленный способы взрывания.

Мгновенный способ характеризуется одновременным взрыванием

всех зарядов, взрываемых за один прием. Он может осуществляться с помощью детонирующего шнура пли электродетонаторов мгновен­ ного действия, имеющих разброс по времени срабатывания до 5 мс. Мгновенное взрывание чаще всего применяется на открытых работах при взрывании зарядов на уступах.

Замедленный способ взрывания зарядов заключается в том, что взрывы соседних зарядов ВВ являются самостоятельными и про­ исходят через относительно большие интервалы времени, исчисля­ емые секундами.

Замедленным взрыванием является также поочередное взрывание зарядов с помощью электродетонаторов мгновенного действия в не­ сколько приемов. Замедленное взрывание применяют в основном в шахтах, не опасных по газу и пыли.

Короткозамедленный способ взрывания (к. з. в.) отличается от замедленного тем, что интервал времени между взрывами соседних зарядов чрезвычайно мал.

В настоящее время к. з. в. широко распространено как па откры­ тых, так и на подземных работах и является основным способом взрывания, допущенным к применению в шахтах, опасных по газу или пыли.

Средствами осуществления к. з. в. являются электродетонато­ ры короткозамедленного действия, пиротехнические замедлители детонирующего шнура типа КЗДШ или петли детонирующего шнура.

§ 91. Короткозамедленное взрывание зарядов ВВ

Короткозамедленное (миллисекундное) взрывание в настоящее время является основным способом инициирования зарядов ВВ как на открытых, так и на подземных разработках, в том числе и в шах­ тах, опасных по газу или пыли.

Достаточно сказать, что в СССР свыше одной трети всех электро­ детонаторов для горной промышленности выпускаются копоткоза-

в з р ы в а ю т с я в з а д а н н о й п о с л е д о в а т е л ь н о с т и

346

с и н т е р в а л а м и в р е м е н и, и з м е р я е м ы м и в м и л ­ л и с е к у н д а х . Столь короткие интервалы времени между взры­ вами зарядов позволяют улучшить использование энергии заря­ дов ВВ, сократить расход ВВ и бурения, улучшить дробление отби­ ваемой горной массы, снизить сейсмическое действие взрывов, по­ высить безопасность и надежность взрывных работ.

Эффективность к. з. в. зависит от правильности выбора интер­ валов замедления, которые определяются в основном свойствами, пород и схемой расположения зарядов.

При мгновенном взрывании зарядов процесс разрушения породы протекает неуправляемо; при взрывании зарядов с большими интер­ валами времени между взрывами, разрушение среды последующего взрыва происходит независимо от взрывов предыдущих зарядов. Прп к. з. в. каждый предыдущий взрыв заряда подготавливает опти­ мальные условия для разрушения породы последующим взрывом. Физический смысл явлений, происходящих при к. з. в., заключается

виться система трещин, которая значительно облегчает работу этого заряда.

Выбор оптимального интервала замедления для обеспечения не­ обходимого качества взрыва и безопасности ведения взрывных работ зависит от многих факторов: линии наименьшего сопротивления, свойств взрываемых пород, схемы взрывания зарядов и т. п.

Следует отметить, что до настоящего времени выбор оптимальногоинтервала замедления взрывов зарядов не имеет строго научного обоснования. Величина оптимального интервала замедления, как правило, выбирается исходя из конкретных условий, в которых проводится взрывание.

Существует ряд гипотез, объясняющих в той или иной степени явления, происходящие при к. з. в.

Интерференция ударных волн. Эта гипотеза основана на теории вибрационного разрушения среды, согласно которой считается, чтопри взрывании соседних зарядов через короткие промежутки времени возникает интерференция упругих колебаний частиц массива породы в результате прохождения по нему ударных волн. Эффект к. з. в. при этом обусловлен суммированием упругих колебаний частиц разрушаемого массива породы в момент наибольших значений им­ пульсов сил, действующих на данные частицы при детонации сосед­ них зарядов ВВ, а в результате сложения упругих колебаний увели­ чивается амплитуда колебаний частиц, что способствует ослаблениюпрочности массива породы в период ее разрушения.

В последнее время некоторые исследователи подвергают сомне­ нию возможность интерференции волн. Они считают, что продолжи­ тельность упругих колебаний в массиве после взрыва составляет 2—3 мс при взрывании шпуровых и 5—10 мс при взрывании сква-

347

ж тш ых зарядов, что гораздо меньше интервалов замедления между взрываемыми зарядами.

Суммирование остаточных напряжений. Согласно этой гипотезы механизм разрушения горных пород при к. з. в. объясняют следу­ ющим образом. При прохождении по среде ударной волны в массиве возникает поле напряжений, которое сопровождается интенсивным трещннообразованием. Действие газообразных продуктов детонации также способствует длительности поддержания напряженного состояния в массиве вокруг заряда и дальнейшему развитию трещин.

В момент взрывания последующих зарядов предполагается, что интенсивность остаточных напряжений в массиве породы от взрыва предыдущих зарядов будет максимальной. Остаточные напряжения существенно снижают сопротивляемость горных пород разрушению, в результате чего под воздействием ударной волны, идущей от после­ дующего заряда, улучшаются условия трещинообразования и увели­ чивается степень дробления массива.

Для обеспечения эффективного дробления горной массы интервал замедления между последовательно взрываемыми зарядами должен быть меньше времени начала смещения породы, чтобы взрыв после­ дующего заряда пропсходил в массиве породы, находящемся в напря­ женном состоянии от действия предыдущего заряда.

Гипотеза взаимодействия движущихся масс породы. Эффектив­ ность к. з. в. при этом обусловливается возможностью соударения кусков породы в момент максимального напряженного состояния взрываемой части массива породы. Улучшение дробления при к. з. в. объясняется тем, что каждый последующий взрыв воздействует на породу, находящуюся в напряженном состоянии в результате воз­ действия предыдущего взрыва, а так как действие последующего взрыва при коротких замедлениях направлено в сторону заряда, взорванного перед ним, куски породы, отбитые последующим взры­ вом, настигают куски породы от предыдущего взрыва, при их столк­ новении кинетическая энергия движения затрачивается на дополни­ тельное дробление, уменьшая при этом дальность перемещения кусков и ширину развала.

при к. з. в., которое наиболее полно отражает различные стороны этого сложного процесса. При этом предполагается, что даже миллисекундный интервал замедления между взрывами заря­ дов обеспечивает образование дополнительных обнаженных поверх­ ностей.

Анализ практического применения к. з. в. показывает, что эффек­ тивность короткозамедленного взрывания определяется двумя основ­ ными моментами:

напряженным состоянием массива в результате взрыва преды­ дущих зарядов;

348

образованием дополнительных свободных поверхностей, которые ■облегчают эффективность разрушения среды последующих зарядов (в противном случае взрыв происходит в условиях зажима).

Образование дополнительной свободной поверхности при к. з. в. создает благоприятные условия для подвижки породы и ее дополни­ тельного дробления.

Короткозамедленное взрывание позволяет улучшить использо­ вание энергии зарядов ВВ, что приводит к сокращению расходов ВМ п бурения, улучшать дробление отбиваемой горной массы, снижать ■сейсмическое действие взрывов, повышать безопасность и надеж­ ность взрывных работ и создавать возможность управления дей­ ствием взрыва.

Короткие интервалы времени между взрывами зарядов позволяют взрывать весь комплект зарядов отдельными сериями за время, в течение которого в забое не успевает накопиться взрывоопасная метано- и пыле-воздушная смесь, что предотвращает аварии в уголь­ ных шахтах.

ВСССР на шахтах, опасных по газу или пыли, в породных забоях взрывание разрешается проводить с общим периодом всех замедле­ ний — 195 мс, а по углю — 130 мс.

Внастоящее время согласно техническим требованиям, разра­

ботанным ИГД им. А. А. Скочинского, исходя из физико-механи­ ческих свойств пород и времени их разрушения, отечественной про­ мышленностью выпускаются серийно три типа электродетонаторов короткозамедленного действия:

ЭДКЗ-25 — для взрывания слабых пород и угля; ЭДКЗ-15 — для работ по породам средней крепости; ЭДКЗ-10 — для взрывания зарядов в крепких породах.

§ 92. Автоматическое замедленное взрывание

Сущность автоматически замедленного взрывания (а. з. в.) со­ стоит в том, что взрыв последующего заряда происходит в наиболее благоприятный, с точки зрения разрушения породы, момент, когда амплитуда волны напряжения, возникшей от взрыва предыдущего заряда, достигает максимального значения в месте расположения последующего заряда.

Короткозамедленное взрывание при всех своих достоинствах обладает одним существенным недостатком — необходимость иметь большое количество ступеней замедления. При разнообразных горно­ геологических условиях, встречающихся даже на одном предприя­ тии, подобрать интервалы замедлений, соответствующие данным условиям, не всегда представляется возможным.

Оптимальный интервал замедления является функцией скорости распространения волны напряжений в среде с, расстояния между зарядами в ряду а, расстояния между рядами зарядов В, свойств пород к, величины заряда ВВ Q и др.:

ТОПТ = / (а ! ^ Q . . .).

349

Естественно, что если применять постоянный интервал замедле­ ния, когда т = const, а в практике взрывных работ величины а, Ь, с, к, I являются переменными, то указанное соотношение пол­ ностью нарушается и может быть действительным только для какоголибо одного определенного сочетания переменных.

Для осуществления автоматически замедленного взрывания необ­ ходимо, чтобы интервал замедления т был переменным и соответ­ ствовал бы оптимальному значению для данной среды и любым конкретным горно-геологическим условиям. Это возможно обеспе­ чить только с помощью приборов, чувствительных к воздействию

ударных волн или волн напряжений, на­ пример пьезодатчяков, ионизационных я вибрационных датчиков. Таким образом,

принцип автоматического замедленного взры­ вания основан на том, что подача тока (за­ мыкание контактов) в инициаторе мгновен­ ного действия осуществляется в момент подхода к последнему волны напряжений.

Однако схемы с использованием датчиков имеют следующие существенные недостатки: сложность монтажа электровзрывной сети; большую инерционность; опасность самосрабатыванпя и т. д.

При а. з. в. волна напряжения, иду­ щая по среде при подходе к соседнему заряду, должна осуществить взрыв инициа­ тора последнего. В отличие от к. з. в., когда имеют постоянно заданные интервалы замедления, при а. з. в. волна напряжений от взрыва предыдущего заряда, распрост­ раняясь в горной породе, «определяет» оптимальный интервал замедления электро­ детонатора автоматического замедления

№8 ( 6).

Принцип действия ЭДАЗ заключается в следующем. Перед взры­

вом боевого заряда за 6 —8 с на ЭТЭ подается напряжение. Электро­

350

термический элемент раскаляется до 1200° С и разогревает металли­ ческий сплав на своем конце. Распространяющаяся от взрыва преды­ дущего заряда волна напряжения достигает ЭДАЗ, смещает его, вызывая тем самым интенсивный разлет искр от разогретого метал­ лического сплава. Эти искры попадают на азид свинца и инициируют

•его, в результате срабатывает и капсюль-детонатор, расположенный на конце ЭДАЗ, а тот, в свою очередь, инициирует или непосред­ ственно заряд ВВ или же отрезок ДШ, идущий к боевику сква­

жины.

В электровзрывную сеть включен электродетонатор заряда, взрываемого первым. Он представляет собой штатный электродетона­ тор ЭДЗД с периодом замедления 4—6 с.

Учитывая тот факт, что на многих разрезах и карьерах элек­ тровзрывание запрещено, был создан автоматический замедлитель

.для детонирующего шнура (АЗДШ), срабатывание ЭТЭ кото­ рого осуществляется от импульса, создаваемого детонирующим

шнуром.

Электродетонаторы автоматического замедления успешно прошли проверку на многих горнодобывающих предприятиях страны. В на­ стоящее время их используют вместо замедлителей пиротехнических реле типа КЗДШ, позволяющих осуществлять замедление между взрывами рядов зарядов ВВ, так называемое порядное замедление. Первый ряд зарядов ВВ, расположенный у свободной поверхности, взрывается от электродетонатора нормального замедления. В каж­ дом последующем ряду около одной скважины на поверхности уступа находится ЭДАЗ, присоединенный к ДШ, идущему в заряд ВВ этой скважины. Все заряды одного ряда связаны детонирующим шну­ ром.

В момент взрыва напряжение от источника тока подается на все ■термические элементы ЭДАЗ и на детонатор нормального замедления. Через 6 с после подачи импульса на ЭТЭ металлический сплав на его конце разогревается и в этот момент следует взрыв первого заряда или ряда зарядов ВВ. Волна напряжений от этого взрыва достигает второго ряда зарядов и смещает ЭДАЗ, которые при этом начинают срабатывать и инициировать весь ряд зарядов ВВ. В этом случае имеют переменный интервал замедления, который устанавливается волной напряжения и зависит только от данных горно-геологических условий.

Экспериментально установлено повышение степени дробления горной массы при автоматически замедленном взрывании по сравне­ нию с применявшимися способами взрывания горных пород, в том числе и при многорядном к. з. в.

Массовые взрывы, проведенные на открытых разработках при взрывании известняков, гранитов и доломитов позволили установить, что применение а. з. в. позволяет снизить выход негабарита в поро­ дах средней крепости в 3,5—4 раза, а в условиях крепких горных пород — в 4—5 раз.

351

Г л а в а XXIII

ПАРАМЕТРЫ ШПУРОВОЙ ОТБОЙКИ ГОРНЫХ ПОРОД

§ 93. Число шпуров

Число шпуров, как один из параметров буровзрывных работ,, предопределяет в некоторой степени качественные показатели взрыва. Оптимальное число шпуров позволяет рационально разместить ВВ в разрушаемом массиве и произвести правильное оконтуривание проектного сечения горной выработки.

Удельное число шпуров на 1 м3 разрушаемого массива при про­ чих равных условиях завпспт от крепости пород, пересекаемых выра­ боткой, ее поперечного сечения, диаметра и глубины шпуров, удель­ ного расхода ВВ:

где q — удельный расход ВВ, кг/м3; d — диаметр шпура, мм; S — площадь поперечного сечения горной выработки, м2; I — глубина шпура, м; / — коэффициент крепости пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

Обычно число шпуров при проходке выработок рассчитывают без учета типа вруба, однако в случае применения особых схем располо­ жения врубовых шпуров число шпуров в забое может значительно’ изменяться.

Зависимость удельного числа шпуров от крепости пород может быть выражена как

яш.к = 1,05 ]//У

Зависимость удельного числа шпуров от площади сечения горной выработки может быть представлена следующим выражением:

Число шпуров существенно завпспт от диаметра шпуров в выра­ ботках большого сечения (S > 18 м2) и в меньшей степени в выра­ ботках небольшого сечения (S < 10 м2). Так, в выработках большого сечения относительное изменение числа шпуров N в зависимости от диаметра шнуров d определяется по формуле

N i_/ ^2 \ 2

N2 ~ \ <ii ) ’

где d-y и d2 — обычный и увеличенный диаметры шпуров.

На рис. 163 показана зависимость числа шпуров на 1 м2 забоя от диаметра патронов ВВ. Анализ результатов применения ВВ в па­ тронах диаметром 32 и 44 мм при проведении горных выработок площадью сечения S ^ 18-^20 м2 показал, что с переходом на ВВ в патронах диаметром 44 мм число шпуров уменьшается в 1,8 —2 раза.

352

Если предположить, что удельный расход ВВ в шпурах увеличен­ ного н нормального диаметра является постоянным, тогда

^1 _ Уг Yi '

где N x н N 2 — число шпуров в забое при обычном и увеличенном диаметре; у х и у 2 — количество ВВ в единице длины шпура соответ­ ственно обычного и увеличенного диаметра,

Jld2

Т = “ Р — .

а — коэффициент заряжания; р — плотность ВВ.

Таким образом, отношение числа шпуров различного диаметра обрат­

ров пропорционально отношению диаметров патронов ВВ в первой степени, т. е.

В выработках большого сечения удельный вес врубовых шпуров невелик, а в выработках малого сечения на врубовые шпуры прихо­ дится до 30% объема работ по бурению, следовательно, их влияние сказывается в большей степени. Чем меньше сечение выработки;,(Тем меньше возможности для сокращения числа оконтуривающих шпу­ ров. С увеличением диаметра заряда ВВ растет эффективность взрыв­

ных работ, что объясняется обеспечением оптимальной концентра­ ции заряда в шпурах, т. е. при одном и том же коэффициенте запол­ нения шпуров обычного и увеличенного диаметров количество ВВ

на единицу длины заряда увеличивается.

При проведении вертикальных стволов и других выработок боль­ шого сечения число шпуров в забое уменьшается обратно пропор­ ционально отношению квадратов диаметров патронов ВВ, а в забоях малого сечения (7—8 м2) относительное изменение числа шпуров на

периметру таким образом, чтобы достичь проектного оконтуриванпя выработки. Следовательно, число шпуров в забое в этих случаях практически превышает потребное для размещения ВВ. Самое существенное — это преобладающее влияние фактора зажима при уменьшении сечения выработки.

В выработках сечением более 18 м3 с изменением глубины шпу­ ров (от 1,5 до 4,0 м) оптимальное число шпуров на 1 м2 площади забоя постоянно. В выработках меньшего сечения (S < 1 8 м2) с увеличением глубины шпуров пх удельное число (на 1 м2 площади забоя) растет, что объясняется влиянием зажима. На рис. 164 пока­ зана зависимость числа шпуров от площади сечения выработки.

Наиболее правильно можно определять число шпуров, исходя из удельного расхода ВВ на 1 м3 обуренного объема породы. В этом случае число шпуров рекомендуется определять по формуле проф. Н. М. Покровского

где р — плотность ВВ, г/см3; d — диаметр патронов ВВ, мм; S — площадь поперечного сечения выработки, м2; ос — коэффициент заря­

В последние годы в Советском Союзе и за рубежом принята тех­ нология взрывных работ, при которой схема расположения шпуров

354